单相光伏并网发电系统的研究

【摘要】：太阳能作为一种新型的绿色可再生能源,具有储量大、清洁环保等优点。随着能源危机与环境污染的加剧,太阳能的利用越来越受到人们的重视,对于太阳能的利用最重要的技术就是光伏(Photovoltaic, PV)发电技术,近二、三十年的发展表明光伏并网发电是光伏发电技术的主流,其中光伏并网发电系统中的并网逆变器成为系统的核心能量转换装置。市场能否接受光伏并网逆变器主要取决于其发电效率与成本两大因素,这关系着能否大规模的使用光伏发电系统,而光伏发电系统中最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking, MPPT)技术以及所选择的电路拓扑与这两个因数息息相关,因此当前,开发高效率、高性价比的光伏发电系统是世界各国追求的目标。 本文通过分析当前光伏并网发电系统中比较常见的一些电路拓扑,在总结这些电路拓扑的优缺点的基础上,选择了一种高频非隔离的两级式电路拓扑,作为单相光伏并网发电系统的主电路。主电路中的前级采用了Boost电路,不仅实现了直流升压,而且实现了最大功率点的跟踪控制,文中对光伏电池的数学模型及其在不同光照和温度下的输出特性曲线进行了分析,并针对常用的最大功率点跟踪算法中存在的不足,研究了一种基于模糊控制的方法实现了最大功率点的跟踪；后级则采用全桥逆变电路,并运用常规的直接电流控制策略,实现了系统的并网发电。 本文使用MATLAB软件对单相光伏并网发电系统进行了建模和仿真,验证了所研究的最大功率点跟踪算法的可行性。在此基础上,研制了一台1.5KW单相光伏并网发电系统的实验样机,样机以TI公司的DSP TMS320F2808为控制核心,实现了全数字控制。最后的实验结果表明,该系统具有优良的动态和稳态性能,所研究的MPPT模糊控制器能够快速、准确地跟踪太阳能电池的功率变化,实现了无工频变压器隔离的并网发电。 【关键词】：光伏发电 并网 逆变器 最大功率点跟踪 模糊控制
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-29
• 1.1 课题的研究意义9-11
• 1.2 光伏并网发电系统的构成11-22
• 1.3 最大功率点跟踪技术及孤岛检测技术22-25
• 1.4 共模地电流25-27
• 1.5 本文的主要研究内容27-29
• 第二章 主电路的工作原理和控制方法29-39
• 2.1 Boost变换器的工作原理29-33
• 2.1.1 Boost变换器电感电流连续模式30-31
• 2.1.2 Boost变换器电感电流断续模式31-32
• 2.1.3 Boost变换器电感电流临界连续条件32-33
• 2.1.4 纹波电压及电容设计33
• 2.2 单相全桥逆变电路中的调制技术和控制方法33-39
• 2.2.1 双极性正弦脉宽调制技术33-35
• 2.2.2 单相全桥逆变电路的控制方法35-39
• 第三章 1500W光伏并网发电系统的设计39-48
• 3.1 1500W光伏并网发电系统的构成及主要技术参数39
• 3.1.1 1500W光伏并网发电系统的构成39
• 3.1.2 主要性能指标39
• 3.2 主要参数的设计39-42
• 3.2.1 Boost变换器和全桥逆变器的设计40-41
• 3.2.2 滤波电感和电容的设计41-42
• 3.3 采样电路设计42-48
• 第四章 最大功率点跟踪的控制策略48-55
• 4.1 光伏电池的输出特性48-49
• 4.2 基于模糊控制的MPPT算法49-55
• 4.2.1 光伏电池的输出功率与占空比关系49-51
• 4.2.2 模糊控制器的实现51-55
• 第五章 系统的仿真与实验55-59
• 5.1 系统的建模与样机55-56
• 5.2 仿真与实验结果56-59
• 第六章 总结与展望59-61
• 6.1 总结59
• 6.2 展望59-61
• 参考文献61-68
• 致谢68-69
• 攻读学位期间发表的学术论文目录69-70

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